WO2018151194A1 - 計測装置 - Google Patents

Abstract

照射素子（２１２）は電磁波を照射する。可動反射素子（２１６）は、計測装置（２００）の外部へ向かう電磁波（出射波）の進路、及び物体に反射して計測装置（２００）に戻った電磁波（反射波）の進路を変化させ、なおかつその向きが可変である。屈折率可変素子（２１８）は、可動反射素子（２１６）によって進路が変えられた反射波の進路をさらに変化させる。屈折率可変素子（２１８）は、反射波の進路上において、可動反射素子（２１６）と受信素子（２１４）との間に位置し、その屈折率が可変である。受信素子（２１４）は、受信素子（２１４）に到達した反射波を受信する。第１制御部（２２２）は、基準時点からの経過時間に基づいて、可動反射素子（２１６）の向きを変化させる。第２制御部（２２４）は、屈折率可変素子（２１８）の屈折率を変化させる。

Description

計測装置

　本発明は、電磁波を照射して計測を行う技術に関する。

　光などの電磁波を照射して物体を走査することで、物体までの距離を計測する計測装置が開発されている。このような計測装置では、物体からの反射光を検出するために、反射光の光路上に受光素子を配置する必要がある。ここで、物体に向かう出射光と、物体で反射された反射光との光軸は、略一致する。そこで、光の出射を妨げずに反射光を選択的に受光できるように光学系が構成されている。

　例えば特許文献１には、有孔反射ミラーの孔を通して光源からの光を出射する一方、戻った光を有孔反射ミラーの反射面で反射させて受光素子に導く技術が開示されている。

特開２００４－１７０９６５号公報

　特許文献１の技術では、装置に戻った光のうち、有孔反射ミラーの孔に至った光は受光素子で検出されないため、受光の効率が悪い。その結果、計測装置による計測の精度が低くなる。

　本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、電磁波を照射して物体を走査する計測装置において高い精度で計測を行う技術を提供することを一つの目的とする。

　請求項１に記載の発明は、
　電磁波を照射する照射素子と、当該計測装置の外部で反射されて当該計測装置へ入射した前記電磁波を受信する受信素子と、向きが可変であり、当該計測装置の外部へ向かう前記電磁波の進路及び当該計測装置の外部から入射した前記電磁波の進路を変化させる可動反射素子と、屈折率が可変であり、前記可動反射素子と前記受信素子との間に位置して前記電磁波の進路を変化させる屈折率可変素子と、を有する計測部と、
　基準時点からの経過時間に基づいて前記可動反射素子の向きを変化させる第１制御部と、
　前記可動反射素子の向きの変化に基づいて前記屈折率可変素子の屈折率を変化させる第２制御部と、を有する計測装置の発明である。

　請求項７に記載の発明は、
　電磁波を照射する照射素子と、外部で反射されてから入射した前記電磁波を受信する受信素子と、向きが可変であり、外部へ向かう前記電磁波の進路及び外部から入射した前記電磁波の進路を変化させる可動反射素子と、屈折率が可変であり、前記可動反射素子と前記受信素子との間に位置して前記電磁波の進路を変化させる屈折率可変素子と、を有する計測部と、
　基準時点からの経過時間に基づいて前記可動反射素子の向きを変化させる第１制御部と、
　前記基準時点からの経過時間に基づいて前記屈折率可変素子の屈折率を変化させる第２制御部と、を有する計測装置の発明である。

　請求項９に記載の発明は、
　電磁波を照射する照射素子と、外部に存在する物体によって反射された前記電磁波を受信する受信素子と、向きが可変であり、外部へ向かう前記電磁波の進路及び外部から入射した前記電磁波の進路を変化させる可動反射素子と、屈折率が可変であり、前記可動反射素子と前記受信素子との間に位置して前記電磁波の進路を変化させる屈折率可変素子と、を有する計測部と、
　現在位置と前記物体との距離を算出し、前記算出された距離に基づいて、前記屈折率可変素子の屈折率を変化させる制御部と、を有する計測装置の発明である。

　上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

実施形態１に係る計測装置を例示する図である。 仮に計測装置が屈折率可変素子を有さない場合において、計測装置に入射した反射波が受信素子に受信される様子を例示する図である。 反射波が屈折率可変素子を介して受信素子に受信される様子を例示する図である。 制御部のハードウエア構成を例示する図である。 計測部のハードウエア構成を例示する図である。 屈折率可変光学素子の構成を例示する断面図である。 ２つの層で構成される屈折率可変素子を例示する断面図である。 移動体に設置されている計測装置を例示する図である。 計測装置による走査の走査範囲を正面視した様子を例示する図である。 実施形態２に係る計測装置を例示する図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、特に断らない限り、各ブロックは、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位の構成を表している。

　図１は、実施形態１に係る計測装置２００を例示する図である。計測装置２００は、計測部２１０及び制御部２２０を有する。計測部２１０は、照射方向を変えながら電磁波を計測装置２００の外部へ照射し、その電磁波の反射波を受信することで、物体を走査する。制御部２２０は、計測部２１０の制御を行う。

　計測部２１０は、照射素子２１２、受信素子２１４、可動反射素子２１６、及び屈折率可変素子２１８を有する。照射素子２１２は電磁波を照射する。可動反射素子２１６は、計測装置２００の外部へ向かう電磁波の進路を変化させる。ここで、可動反射素子２１６は、その向きが可変である。可動反射素子２１６によって電磁波の進路を所望の方向へ変化させることにより、計測装置２００は多次元的に物体の走査を行う。

　可動反射素子２１６によって進路が変えられた電磁波は、計測装置２００の外部へ出射する。以下、計測装置２００の外部へ出射する電磁波を、出射波と呼ぶ。出射波は、物体によって反射されて計測装置２００へ戻り、計測装置２００に入射する。以下、物体によって反射されて計測装置２００へ入射する電磁波を、反射波と呼ぶ。

　可動反射素子２１６は、計測装置２００に入射した反射波の進路を変化させる。可動反射素子２１６によって進路が変えられた反射波は、屈折率可変素子２１８を介して受信素子２１４へ到達する。屈折率可変素子２１８は、可動反射素子２１６によって進路が変えられた反射波の進路をさらに変化させる。ここで、屈折率可変素子２１８は、反射波の進路上において、可動反射素子２１６と受信素子２１４との間に位置する。また、屈折率可変素子２１８は、その屈折率が可変である。受信素子２１４は、受信素子２１４に到達した反射波を受信する。

　制御部２２０は、計測部２１０の制御を行う。そのために、制御部２２０は、第１制御部２２２及び第２制御部２２４を有する。第１制御部２２２は、基準時点からの経過時間に基づいて、可動反射素子２１６の向きを変化させる。第２制御部２２４は、屈折率可変素子２１８の屈折率を変化させる。

　例えば計測装置２００は、照射素子２１２から電磁波が照射されてからその電磁波の反射波が受信されるまでの時間を測定する。この計測結果は、例えば、上記電磁波を反射した物体と計測装置２００との距離を把握するため（いわゆる測距）に利用される。計測装置２００は、例えばライダ（Lidar：Light Detection and Ranging）センサやミリ波レーダなどである。

　本実施形態の計測装置２００は、屈折率可変素子２１８の屈折率を適切に制御することにより、受信素子２１４による電磁波の受信効率を高める。以下、屈折率可変素子２１８の役割について具体的に説明する。

　図２は、仮に計測装置２００が屈折率可変素子２１８を有さない場合において、計測装置２００に入射した反射波が受信素子２１４に受信される様子を例示する図である。ここで、図２（ａ）から図２（ｃ）のケースではいずれも、出射波の進行方向は同一であるとする。そのため、出射波が可動反射素子２１６に到達した時の可動反射素子２１６の向きはいずれも同一である。また、計測装置２００に入射してから可動反射素子２１６に到達するまでの反射波の進行方向進路も同一となる。

　一方で、これらの例では、計測装置２００と物体との距離がそれぞれ異なっている。つまり、出射波が可動反射素子２１６に到達してからその反射波が可動反射素子２１６に到達するまでの時間がそれぞれ異なる。

　ここで前述したように、可動反射素子２１６の向きは、基準時点からの経過時間に基づいて変更される。そのため、出射波が可動反射素子２１６に到達してからその反射波が可動反射素子２１６に到達するまでの間にも、可動反射素子２１６の向きが変化する。そのため、図２（ａ）から図２（ｃ）のケースでは、反射波が可動反射素子２１６に到達した時点における可動反射素子２１６の向きがそれぞれ異なっている。

　このように図２(ａ）から図２（ｃ）のケースでは、反射波が到達した時点における可動反射素子２１６の向きがそれぞれ異なることから、受信素子２１４に到達した反射波のスポットの位置がそれぞれ異なる。図２（ｂ）のケースでは、反射波のスポットの中心が、受信素子２１４の中心付近に位置している。そのため、反射波のスポット全体が受信素子２１４に当たっている。よって、受信素子２１４による反射波の受信効率が高い。

　一方、図２（ａ）と図２（ｃ）のケースでは、反射波のスポットの中心が受信素子２１４の中心からずれているため、反射波のスポットの一部しか受信素子２１４に当たっていない。よって、これらのケースでは、図２（ｂ）のケースと比較し、受信素子２１４による反射波の受信効率が低くなっている。

　このように、計測装置２００と計測対象の物体との間の距離によっては、反射波の受信効率が低くなる。その結果、計測装置２００による計測の精度が低くなる。

　そこで本実施形態の計測装置２００は、屈折率可変素子２１８を利用して、反射波のスポットが受信素子２１４からずれる量を小さくする。こうすることで、反射波の受信効率を高め、計測装置２００による計測の精度を高くする。

　図３は、反射波が屈折率可変素子２１８を介して受信素子２１４に受信される様子を例示する図である。図２と図３において、受信素子２１４と可動反射素子２１６の位置関係及び可動反射素子２１６に向かう反射波の進路は同じである。図３（ａ）から図３（ｃ）における可動反射素子２１６の向きはそれぞれ、図２（ａ）から図２（ｃ）における可動反射素子２１６の向きと同じである。

　前述したように、図２（ａ）と図２（ｃ）では、反射波のスポットの中心が受信素子２１４の中心からずれてしまっている。これに対し、図３（ａ）と図３（ｃ）では、第２制御部２２４が屈折率可変素子２１８の屈折率を適切に設定することで、反射波のスポットの中心が受信素子２１４の中心付近に位置するように、反射波の進路が屈折率可変素子２１８によって変更されている。その結果、図３のケースでは、図２のケースと比較し、受信素子２１４による反射波の受信効率が高くなっている。よって、計測装置２００による計測の精度が高くなる。

　以下、本実施形態の計測装置２００についてさらに詳細に説明する。

＜制御部２２０のハードウエア構成の例＞
　制御部２２０の各機能構成部は、各機能構成部を実現するハードウエア（例：ハードワイヤードされた電子回路など）で実現されてもよいし、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせ（例：電子回路とそれを制御するプログラムの組み合わせなど）で実現されてもよい。以下、制御部２２０の各機能構成部がハードウエアとソフトウエアとの組み合わせで実現される場合について、さらに説明する。

　図４は、制御部２２０のハードウエア構成を例示する図である。集積回路１００は、制御部２２０を実現する集積回路である。例えば、集積回路１００は SoC（System On Chip）である。

　集積回路１００は、バス１０２、プロセッサ１０４、メモリ１０６、ストレージデバイス１０８、入出力インタフェース１１０、及びネットワークインタフェース１１２を有する。バス１０２は、プロセッサ１０４、メモリ１０６、ストレージデバイス１０８、入出力インタフェース１１０、及びネットワークインタフェース１１２が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ１０４などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。プロセッサ１０４は、マイクロプロセッサなどを用いて実現される演算処理装置である。メモリ１０６は、RAM（Random Access Memory）などを用いて実現される主記憶装置である。ストレージデバイス１０８は、ROM（Read Only Memory）やフラッシュメモリなどを用いて実現される補助記憶装置である。入出力インタフェース１１０は、集積回路１００を周辺デバイスと接続するためのインタフェースである。

　ネットワークインタフェース１１２は、集積回路１００を通信網に接続するためのインタフェースである。この通信網は、例えば CAN（Controller Area Network）通信網である。なお、ネットワークインタフェース１１２が通信網に接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。

　ストレージデバイス１０８は、制御部２２０の機能を実現するためのプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ１０４は、このプログラムモジュールをメモリ１０６に読み出して実行することで、制御部２２０の機能を実現する。

　集積回路１００のハードウエア構成は図４に示した構成に限定されない。例えば、プログラムモジュールはメモリ１０６に格納されてもよい。この場合、集積回路１００は、ストレージデバイス１０８を備えていなくてもよい。

＜計測部２１０のハードウエア構成例＞
　図５は、計測部２１０のハードウエア構成を例示する図である。計測装置２００は、図１にも示した照射素子２１２、受信素子２１４、可動反射素子２１６、及び屈折率可変素子２１８に加え、照射素子の駆動回路３０、可動反射素子の駆動回路３２、及び屈折率可変素子の制御回路３４を有する。照射素子の駆動回路３０、可動反射素子の駆動回路３２，及び屈折率可変素子の制御回路３４は、前述した集積回路１００の入出力インタフェース１１０を介して、集積回路１００と接続されている。

　照射素子２１２によって照射される電磁波は、レーザ光などの光であってもよいし、ミリ波などの電波であってもよい。照射素子２１２には、種々の素子を採用することができる。例えば照射素子２１２がレーザ光を照射する場合、照射素子２１２は、レーザ光を照射する半導体レーザなどを用いて実現される。

　照射素子の駆動回路３０は、照射素子２１２を駆動させる回路である。より具体的には、照射素子の駆動回路３０は、電磁波を照射する機構（例えば光源）を駆動する回路を有する。照射素子の駆動回路３０の動作は、制御部２２０によって制御される。具体的には、制御部２２０は、照射素子の駆動回路３０に対し、照射素子２１２の駆動を指示する駆動信号を送信する。この駆動信号は、例えばストレージデバイス１０８から読み出される。照射素子の駆動回路３０は、受信した駆動信号に基づいて、照射素子２１２を駆動させる。例えば駆動信号がハイとローという２値で構成されるパルス信号である場合、照射素子２１２は、パルス信号がローからハイに変化するタイミングで照射素子２１２を駆動させる（照射素子２１２から電磁波を照射させる）。

　可動反射素子２１６には、種々の素子を採用することができる。例えば可動反射素子２１６は、２軸方向それぞれに回転可能なように構成されている１つのミラーを用いて実現される。例えばこの２軸はそれぞれ、電磁波の出射方向を水平方向について変更するための第１軸、及び電磁波の出射方向を鉛直方向について変更するための第２軸である。上記ミラーは、例えば MEMS（Micro Electro Mechanical System）ミラーである。ただし、可動反射素子２１６の実現方法は、１つのミラーを用いる方法に限定されない。例えば可動反射素子２１６は、回転軸が互いに交わる２つのミラーを用いて実現されてもよい。この２つのミラーの回転軸はそれぞれ、上記第１軸及び第２軸である。

　可動反射素子の駆動回路３２は、可動反射素子２１６を駆動させる回路である。より具体的には、可動反射素子の駆動回路３２は、電磁波の進路を変更する機構（例えばミラー）を駆動する回路を有する。可動反射素子の駆動回路３２の動作は、第１制御部２２２によって制御される。第１制御部２２２が可動反射素子の駆動回路３２を制御する方法（可動反射素子２１６を制御する方法）については後述する。

　屈折率可変素子２１８には、様々な素子を採用することができる。例えば屈折率可変素子２１８は、印加される電圧に応じて屈折率が変化する光学素子である。以下、この屈折率可変素子２１８を、屈折率可変光学素子と呼ぶ。屈折率可変光学素子は、例えばニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛、又はタンタル酸ニオブ酸カリウム等の電気光学材料を含む。中でも屈折率可変光学素子は、電気光学材料としてタンタル酸ニオブ酸カリウム（KTN）結晶を含むことが好ましい。KTN 結晶はたとえば KTa1-xNbxO3 の一般式で表される。

　図６は、屈折率可変光学素子４０の構成を例示する断面図である。本図において、電磁波の進路を破線矢印で示している。例えば屈折率可変光学素子４０が電気光学材料４１を含む場合、電気光学材料４１の第１面４２には第１電極４３が設けられ、第１面４２とは反対側の第２面４４には第２電極４５が設けられている。そして、第１電極４３と第２電極４５との間に電圧 V が印加される。電圧 V が印加されると、第１電極４３または第２電極４５から電気光学材料４１に電子が注入され、電極間で電子が注入された電極からの距離 x の平方根に比例した電界勾配が生じる。その結果、電気光学材料４１内では x に比例する屈折率変化が生じ、印加された電界と平行な方向に反射波の進行方向が変化する。屈折率可変光学素子４０に入射する反射波の光軸と屈折率可変光学素子４０から出射する反射波の光軸とのなす角をθとすると、電圧 V が 0V のとき、θ=0であり、電圧 V の大きさが大きいほど、反射波の方向の変化角度θが大きくなる。また、V>0 のときにθ>0 とすると、V<0 のときにθ<0 となる。すなわち、電圧の極性を変えることにより、反射波の進行方向の変化の向きを変えることができる。

　その他にも例えば屈折率可変素子２１８は、液晶を用いて実現される。以下、液晶を用いて実現される屈折率可変素子２１８を液晶素子と呼ぶ。液晶は、液晶分子の配列によって屈折率が変化する性質（屈折率異方性）を持つ。そして、液晶分子の配列は、液晶に対して印加される電圧によって制御することができる。このことから、液晶素子に対して印加される電圧を制御することにより、液晶素子の屈折率を所望の値に制御することができる。

　なお、屈折率可変素子２１８は、複数の層で構成されていてもよい。この際、少なくとも１つの層は、屈折率が可変な材料で構成される。図７は、２つの層で構成される屈折率可変素子（素子５０）を例示する断面図である。素子５０は、屈折率が可変な第１層５１と、屈折率が固定の第２層５２を有する。第１層５１には、第１層５１の屈折率を変化させるための第１電極５３及び第２電極５４が設けられている。第１電極５３と第２電極５４との間に電圧を印加することで、第１層５１の屈折率が、その電圧の大きさに応じた屈折率に変化する。

　屈折率可変素子の制御回路３４は、屈折率可変素子２１８の屈折率を所望の値に設定するための制御回路である。例えば屈折率可変素子２１８が、屈折率可変素子２１８に対して印加される電圧に応じて屈折率が変化する素子（前述した屈折率可変光学素子や液晶素子）である場合、屈折率可変素子の制御回路３４は、屈折率可変素子２１８に対して所望の電圧を印加する回路である。この場合、第２制御部２２４は、屈折率可変素子の制御回路３４が屈折率可変素子２１８に対して所望の電圧を印加するように、屈折率可変素子の制御回路３４を制御する。第２制御部２２４が屈折率可変素子の制御回路３４を制御する方法の詳細については後述する。

　受信素子２１４には、種々の素子を採用することができる。例えば受信素子２１４は、APD（Avalanche Photodiode）を用いて実現される。

　制御部２２０は、照射素子２１２、可動反射素子２１６、及び屈折率可変素子２１８の制御に加え、受信素子２１４による反射波の受信の検出を行う。例えば受信素子２１４は、反射波を受信したことに応じて制御部２２０へ所定の信号を送信するように構成される。制御部２２０は、この所定の信号を受信することにより、受信素子２１４によって反射波が受信されたことを検出する。

　そして制御部２２０は、照射素子２１２から電磁波が照射されてからその電磁波の反射波が受信素子２１４によって受信されるまでの経過時間を計測し、その経過時間を電磁波の出射方向（電磁波の照射タイミング）と対応づけて記憶装置（例えばストレージデバイス１０８）に記憶させる。この経過時間は、例えば照射素子２１２から電磁波が照射されてからその電磁波の反射波が受信されるまでの間にカウントされたクロック信号の数にクロック周期を乗算した値で表される。また例えば、この経過時間は、上記カウントされたクロック信号の数で表されてもよい。この経過時間に基づいて、例えば、走査された物体と計測装置２００との距離を算出することができる。

　上述した制御部２２０を実現するハードウエア（図４参照）と計測部２１０を実現するハードウエア（図５参照）は、同一の筐体にパッケージされていてもよいし、別々の筐体にパッケージされていてもよい。

＜計測装置２００の設置例＞
　計測装置２００は、例えば自動車や電車などの移動体に設置される。図８は、移動体に設置されている計測装置２００を例示する図である。図８において、計測装置２００は、移動体２４０の上部に固定されている。また、計測装置２００は制御装置２４４と接続されている。制御装置２４４は、移動体２４０を制御する制御装置である。例えば制御装置２４４は、ECU（Electronic Control Unit）である。

　ここで計測装置２００の制御部２２０は、移動体２４０を制御する制御装置２４４の一部として実現されてもよい。この場合、制御装置２４４が有するストレージデバイスに、前述した制御部２２０を実現するプログラムモジュールが記憶される。

　なお、計測装置２００が設置される場所は移動体２４０の上部に限定されない。例えば計測装置２００は、移動体２４０の内部（例えば室内）に設置されてもよい。また計測装置２００は、移動しない物体に設置されてもよい。

＜可動反射素子２１６の制御方法＞
　可動反射素子２１６の向きは、照射素子２１２から照射された電磁波を計測装置２００の外部の所望の方向へ照射するために制御される。その制御には、既存の種々の技術を利用することができる。例えば第１制御部２２２は、可動反射素子の駆動回路３２に対し、基準時点からの経過時間に対応する可動反射素子２１６の向きを表す駆動信号を送信する。そして可動反射素子の駆動回路３２は、可動反射素子２１６の向きを、駆動信号によって表される向きに変更する。この駆動信号は、例えばストレージデバイス１０８に記憶させておく。

　ここで、上記「基準時点」について説明する。計測装置２００は、照射方向を変えながら電磁波を照射することで、多次元的に物体を走査する。そこで例えば、走査の始点方向へ電磁波が出射されるように可動反射素子２１６の向きが設定される時点を、基準時点として扱う。

　図９は、計測装置２００による走査の走査範囲を正面視した様子を例示する図である。走査範囲２０は、計測装置２００の走査範囲を表す。軌跡２２は、計測装置２００によって行われる一回の走査の軌跡を表す。言い換えれば、軌跡２２は、出射波の出射方向の変化を表す。出射波は、軌跡２２のバツ印で示される各位置に対して照射される。計測装置２００は、走査範囲２０を繰り返し走査する。つまり計測装置２００は、走査範囲２０の始点から終点までを走査した後、再度走査範囲２０の始点から走査を行う。

　図９に示される走査を行う場合、例えば可動反射素子２１６の向きは、軌跡２２の始点へ向かう電磁波が照射素子２１２によって照射された直近の時点からの経過時間によって定めることができる。そこで例えば、軌跡２２の始点へ向かう電磁波が照射素子２１２によって照射された直近の時点を、基準時点として扱う。

＜屈折率可変素子２１８の制御方法＞
　第２制御部２２４は、屈折率可変素子２１８の屈折率を制御する。なお前述したように、例えば第２制御部２２４は、所望の大きさの電圧を屈折率可変素子２１８に印加することで、屈折率可変素子２１８の屈折率を設定する。以下、その設定方法をいくつか例示する。

＜＜設定方法１＞＞
　屈折率可変素子２１８に設定すべき屈折率、すなわち屈折率可変素子２１８に印加すべき電圧は、１）可動反射素子２１６へ向かう反射波の進路、及び２）反射波が到達した時点における可動反射素子２１６の向きに基づいて定まる。なぜなら、これら２つに基づいて、可動反射素子２１６によって進路が変更された後の反射波の進路が決まり、可動反射素子２１６によって進路が変更された後の反射波の進路に基づいて、屈折率可変素子２１８が反射波の進路をどのように変更すべきかが決まるためである。

　また、可動反射素子２１６へ向かう反射波の進路は、その反射波に対応する出射波の進路、すなわち計測装置２００から直近に出射された出射波の出射方向によって定まる。また、出射波の出射方向は、その出射波が到達した時点における可動反射素子２１６の向きで定まる。

　そこで例えば、屈折率可変素子２１８に印加すべき電圧を、「出射波が到達した時点における可動反射素子２１６の向き、反射波が到達した時点における可動反射素子２１６の向き」という組み合わせに対応づけて、予め定めておく。例えばこの対応付けを表す情報は、関数や対応表などで表される。また、この対応付けを表す情報は、ストレージデバイス１０８に記憶させておく。

　この場合、例えば第２制御部２２４は、出射波が可動反射素子２１６に到達したときに、その時点における可動反射素子２１６の向きを特定する。さらに第２制御部２２４は、反射波が可動反射素子２１６に反射波が到達した時に、その時点における可動反射素子２１６の向きを特定する。そして第２制御部２２４は、上記特定した２つの向きの組み合わせに対応する電圧を屈折率可変素子２１８に印加する。

　或る時点における可動反射素子２１６の向きを特定する方法は様々である。例えば第２制御部２２４は、可動反射素子２１６の傾きを検出する傾きセンサの検出値を用いて、可動反射素子２１６の向きを特定する。この方法を利用する場合、計測装置２００にこの傾きセンサを設けておく。第２制御部２２４は、出射波が可動反射素子２１６に到達した時点における傾きセンサの検出値を取得することで、その時点における可動反射素子２１６の向きを特定する。同様に、第２制御部２２４は、反射波が可動反射素子２１６に到達した時点における傾きセンサの検出値を取得することで、その時点における可動反射素子２１６の向きを特定する。

　その他にも例えば、第２制御部２２４は、前述した基準時点からの経過時間に基づいて可動反射素子２１６の向きを特定してもよい。具体的には、第２制御部２２４は、出射波が可動反射素子２１６に到達した時点と基準時点との差分に基づいて、出射波が可動反射素子２１６に到達した時点における可動反射素子２１６の向きを特定してもよい。同様に、第２制御部２２４は、反射波が可動反射素子２１６に到達した時点と基準時点との差分に基づいて、反射波が可動反射素子２１６に到達した時点における可動反射素子２１６の向きを特定してもよい。

＜＜設定方法２＞＞
　可動反射素子２１６の向きが基準時点からの経過時間によって特定可能であることから、屈折率可変素子２１８に印加すべき電圧を、「出射波が可動反射素子２１６に到達した時点と基準時点との差分、反射波が可動反射素子２１６に到達した時点と基準時点との差分」という組み合わせに対応づけて定めておいてもよい。この場合、例えば第２制御部２２４は、可動反射素子２１６に出射波が到達した時に、その時点と基準時点との差分を算出する。また第２制御部２２４は、可動反射素子２１６に反射波が到達した時に、その時点と基準時点との差分を算出する。そして第２制御部２２４は、上記２つの差分の組み合わせに対応する電圧を屈折率可変素子２１８に印加する。

　ここで、照射素子２１２から電磁波が照射されてからその電磁波が可動反射素子２１６に到達するまでの時間は短い。そこで、出射波が可動反射素子２１６に到達した時点における可動反射素子２１６の向きの代わりに、照射素子２１２から電磁波が照射された時点における可動反射素子２１６の向きを利用してもよい。同様に、出射波が可動反射素子２１６に到達した時点の代わりに、照射素子２１２から電磁波が照射された時点を利用してもよい。

＜＜設定方法３＞＞
　第２制御部２２４は、出射波が到達した時点における可動反射素子２１６の向きと、反射波が到達した時点における可動反射素子２１６の向きとを利用する代わりに、出射波が可動反射素子２１６に到達してから反射波が可動反射素子２１６に到達するまでにおける可動反射素子２１６の向きの変化の大きさを利用してもよい。この場合、屈折率可変素子２１８に印加すべき電圧を、出射波が可動反射素子２１６に到達したから反射波が可動反射素子２１６に到達するまでにおける可動反射素子２１６の向きの変化の大きさに対応づけて予め定めておく。第２制御部２２４は、反射波が可動反射素子２１６に到達した時点における可動反射素子２１６の向きと、出射波が可動反射素子２１６に到達した時点における可動反射素子２１６の向きとの差分を算出し、その差分に対応する大きさの電圧を屈折率可変素子２１８に印加する。

　なお、出射波が可動反射素子２１６に到達してから反射波が可動反射素子２１６に到達するまでにおける可動反射素子２１６の向きの変化の大きさは、１）出射波が可動反射素子２１６に到達した時点と基準時点との差分、及び２）反射波が可動反射素子２１６に到達した時点と出射波が可動反射素子２１６に到達した時点との差分という２つの値によって特定することができる。そこで第２制御部２２４は、これら２つの値を算出することで、出射波が可動反射素子２１６に到達してから反射波が可動反射素子２１６に到達するまでにおける可動反射素子２１６の向きの変化の大きさを算出してもよい。また、上記２つの値の組み合わせに対応づけて、屈折率可変素子２１８に印加すべき電圧を定めておいてもよい。

＜＜設定方法４＞＞
　反射波が可動反射素子２１６に到達してからその反射波が屈折率可変素子２１８に到達するまでの時間は短いため、計測装置２００の性能によっては、反射波が可動反射素子２１６に到達した後に屈折率可変素子２１８の屈折率の設定を行うと、その設定が完了する前に反射波が屈折率可変素子２１８に到達してしまうことがある。そこで例えば、第２制御部２２４は、次のように屈折率可変素子２１８の屈折率を設定してもよい。すなわち第２制御部２２４は、可動反射素子２１６に出射波が到達した時点以降、少なくともその反射波が可動反射素子２１６に到達するまでの間、屈折率可変素子２１８に印加する電圧を繰り返し変更する。或る時点において屈折率可変素子２１８に印加する電圧は、その時点において反射波が可動反射素子２１６に到達したと仮定した場合に屈折率可変素子２１８に印加すべき電圧である。

　例えば、出射波が可動反射素子２１６に到達した時点における可動反射素子２１６の向きが v1 であるとする。また、第２制御部２２４が屈折率可変素子２１８の屈折率を設定する時点における可動反射素子２１６の向きが v2 であるとする。この場合、第２制御部２２４は、「出射波が到達した時点における可動反射素子２１６の向き＝v1、反射波が到達した時点における可動反射素子２１６の向き＝v2」という組み合わせに対応する電圧を屈折率可変素子２１８に印加する。

　このように屈折率可変素子２１８に印加する電圧を繰り返し変更していくことで、反射波が到達した時点における可動反射素子２１６の向きを把握しなくても、反射波が屈折率可変素子２１８に到達する時点における屈折率可変素子２１８の屈折率を所望の値又はこれに近い値とすることができる。

　なお前述したように、可動反射素子２１６の向きの代わりに、基準時点からの差分を用いることも可能である。例えば、出射波が可動反射素子２１６に到達した時点と基準時点との差分が d1であるとする。また、第２制御部２２４が屈折率可変素子２１８の屈折率を設定する時点と基準時点との差分が d2 であるとする。この場合、第２制御部２２４は、「出射波が到達した時点と基準時点との差分＝d1、反射波が到達した時点と基準時点との差分＝d2」という組み合わせに対応する電圧を屈折率可変素子２１８に印加する。

＜温度を考慮した屈折率の設定＞
　或る物体の屈折率は、その物体の温度に応じて変化する。そこで第２制御部２２４は、屈折率可変素子２１８の温度又は屈折率可変素子２１８周辺の温度を考慮して、屈折率可変素子２１８に印加する電圧を決定してもよい。この場合、計測装置２００に、屈折率可変素子２１８の温度又は屈折率可変素子２１８の周辺の温度を検出する温度センサを設けておく。

　第２制御部２２４は、屈折率可変素子２１８の屈折率を設定する際に、温度センサの検出値を取得する。そして、第２制御部２２４は、屈折率可変素子２１８に印加する電圧を決定するための上述した指標（出射波が到達した時点における可動反射素子２１６の向きや、反射波が到達して時点における可動反射素子２１６の向きなど）、及び温度センサから取得した検出値を用いて、屈折率可変素子２１８に印加する電圧を決定する。

　例えば、屈折率可変素子２１８の屈折率が温度によって受ける影響を予め定めておく。具体的には、温度センサによって検出される検出値 a と、その温度が屈折率可変素子２１８の屈折率に与える影響を表す指標値 f(a) との関係 f を定めておく。そして第２制御部２２４は、出射波が到達した時点における可動反射素子２１６の向きや反射波が到達して時点における可動反射素子２１６の向きに基づいて特定した、屈折率可変素子２１８に印加すべき電圧 V と、上述の f(a) とに基づいて、屈折率可変素子２１８に印加する電圧を決定する。例えば第２制御部２２４は、f(a)*V という値の電圧を屈折率可変素子２１８に印加する。

　このように、屈折率可変素子２１８の温度を考慮して屈折率可変素子２１８に設定する屈折率を決定することにより、受信素子２１４に当たる反射波のスポットの面積を大きくすることができる。よって、反射波の受信効率を高めることができ、計測装置２００の計測精度を高めることができる。

［実施形態２］
　図１０は、実施形態２の計測装置２００を例示する図である。図１０において、計測部２１０の内部構成は省略されている。以下で説明する点を除き、実施形態２の計測装置２００は、実施形態１の計測装置２００と同様の機能を有する。

　実施形態２の計測装置２００は、実施形態１の計測装置２００と同様に、屈折率可変素子２１８の屈折率を適切に制御することにより、反射波のスポットが受信素子２１４からずれる量を小さくすることで、受信素子２１４による電磁波の受信効率を高める。ここで、実施形態１の実施形態においては、屈折率可変素子２１８に設定すべき屈折率（すなわち、屈折率可変素子２１８に印加すべき電圧）は、可動反射素子２１６の向きの変化に基づいて設定されるものとした。これに対し、実施形態２の計測装置２００は、屈折率可変素子２１８に設定すべき屈折率（すなわち、屈折率可変素子２１８に印加すべき電圧）を、計測装置２００と計測対象たる物体との距離に応じて設定する。

　そのために、例えば計測装置２００は、現在位置取得部２２６及び地図情報取得部２２８を有する。現在位置取得部２２６は、計測装置２００又は移動体２４０の現在位置に関する情報を取得する。地図情報取得部２２８は、地物に関する地物情報等を含む地図情報を取得する。

　現在位置取得部２２６は、例えば GPS（Global Positioning System）受信器等によって構成されている。また、現在位置取得部２２６は、GPS 受信器を備えた他の機器や装置（例えば移動体２４０に配置された GPS 受信器）から通信等によって現在位置に関する情報を取得するように構成されていてもよい。ただし、計測装置２００の現在位置を把握する方法は、GPS 受信器を利用する方法には限定されず、装置の現在位置を把握するための種々の技術を利用することができる。例えば移動体２４０が自動運転車である場合、自動運転の制御のために行われる自車位置推定の結果を利用し、推定された自車位置を計測装置２００の現在位置としてもよい。

　地図情報取得部２２８は、例えば地図情報を記憶・管理している地図サーバ装置から、地図情報等を通信等によって取得する。取得した地図情報は、計測装置２００が備える不図示の記憶部に記憶させるようにしてもよい。また、あらかじめ当該記憶部に地図情報を記憶させるようにしてもよい。

　地図情報には、移動体が通行する道路等に関する情報の他、地物に関する地物情報が含まれている。地物の例としては、例えば、道路上に配置される看板、標識、建築物等の情報である。地物情報には、上述した地物の位置情報、地物を特定するための地物ＩＤ、地物の属性を示す属性情報、等が含まれる。

　以下、第２制御部２２４が屈折率可変素子２１８に設定すべき屈折率（屈折率可変素子２１８に印加すべき電圧）を設定する際の動作フローを説明する。

　第２制御部２２４は、現在位置取得部２２６が取得した現在位置情報から、計測装置２００又は移動体２４０の現在位置を特定する。

　第２制御部２２４は、地図情報取得部が取得した地図情報（地物情報に含まれる地物の位置情報）を参照して、現在位置周辺に存在すると推測される地物を特定・抽出する。なお、本処理においては、例えば現在位置から計測装置２００の測定可能範囲内に存在すると推測される地物を特定・抽出するようにしてもよい。

　第２制御部２２４は、特定された地物の位置情報と、現在位置情報と、に基づいて、特定された地物と現在地位との距離（地物までの距離）を算出する。

　第２制御部２２４は、当該距離に応じて、屈折率可変素子２１８に設定すべき屈折率、すなわち屈折率可変素子２１８に印加すべき電圧を設定する。例えば、算出した地物までの距離が比較的短い場合は、図３（ａ）に示すように屈折率可変素子２１８の屈折率（屈折率可変素子２１８に印加すべき電圧）を設定し、算出した地物までの距離が比較的長い場合は図３（ｃ）に示すように折率可変素子２１８の屈折率（屈折率可変素子２１８に印加すべき電圧）を設定する。より具体的には、上述した設定方法１に記載したように、屈折率可変素子２１８に印加すべき電圧を、「現在位置から地物まので距離」という組み合わせに対応づけて、予め定めておく。例えばこの対応付けを表す情報は、関数や対応表などで表される。また、この対応付けを表す情報は、ストレージデバイス１０８に記憶させておく。

　このように構成することで、実施形態１の計測装置２００と同様に、地物によって反射された反射波のスポットの中心が受信素子２１４の中心付近に位置するように、反射波の進路が屈折率可変素子２１８によって変更される。その結果、受信素子２１４による反射波の受信効率を高めることができるため、計測装置２００による計測の精度を高くすることができる。

＜制御部２２０のハードウエア構成の例＞
　実施形態２の制御部２２０のハードウエア構成は、実施形態１の制御部２２０のハードウエア構成と同様に、例えば図４で表される。ただし、実施形態２のストレージデバイス１０８には、実施形態２の制御部２２０の機能を実現するためのプログラムが含まれる。

＜計測部２１０のハードウエア構成の例＞
　実施形態２の計測部２１０のハードウエア構成は、実施形態１の計測部２１０のハードウエア構成と同様に、例えば図５で表される。

　以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記各実施形態の組み合わせ、又は上記以外の様々な構成を採用することもできる。

　この出願は、２０１７年２月１５日に出願された日本出願特願２０１７－０２５７１４号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (9)

1. 　電磁波を照射する照射素子と、外部で反射されてから入射した前記電磁波を受信する受信素子と、向きが可変であり、外部へ向かう前記電磁波の進路及び外部から入射した前記電磁波の進路を変化させる可動反射素子と、屈折率が可変であり、前記可動反射素子と前記受信素子との間に位置して前記電磁波の進路を変化させる屈折率可変素子と、を有する計測部と、
   　基準時点からの経過時間に基づいて前記可動反射素子の向きを変化させる第１制御部と、
   　前記可動反射素子の向きの変化に基づいて前記屈折率可変素子の屈折率を変化させる第２制御部と、を有する計測装置。
2. 　前記計測部は、前記可動反射素子の傾きを検出するセンサを有し、
   　前記第２制御部は、前記センサによって検出される前記可動反射素子の傾きの変化に基づいて前記屈折率可変素子の屈折率を変化させる、請求項１に記載の計測装置。
3. 　前記屈折率可変素子は、印加される電圧の大きさに基づいて屈折率が変化する光学素子であり、
   　前記第２制御部は、前記可動反射素子の向きの変化に基づいて前記屈折率可変素子に印加する電圧を変化させることで、前記屈折率可変素子の屈折率を変化させる、請求項１又は２に記載の計測装置。
4. 　前記屈折率可変素子は、互いに接している第１層及び第２層を有し、
   　前記第１層及び第２層の少なくとも一方の屈折率が可変であり、
   　前記電磁波は、前記第１層と前記第２層の境界を通過し、
   　前記第２制御部は、前記可動反射素子の向きの変化に基づいて前記第１層及び前記第２層の少なくとも一方の屈折率を変化させ、前記第１層と前記第２層の屈折率を互いに異ならせる、請求項１乃至３いずれか一項に記載の計測装置。
5. 　前記計測部は、前記屈折率可変素子の温度又は前記屈折率可変素子の周辺の温度に基づいて、前記屈折率可変素子の屈折率を決定する、請求項１乃至４いずれか一項に記載の計測装置。
6. 　Lidar（Light detection and ranging）センサである、請求項１乃至５いずれか一項に記載の計測装置。
7. 　電磁波を照射する照射素子と、当該計測装置の外部で反射されて当該計測装置へ入射した前記電磁波を受信する受信素子と、向きが可変であり、当該計測装置の外部へ向かう前記電磁波の進路及び当該計測装置の外部から入射した前記電磁波の進路を変化させる可動反射素子と、屈折率が可変であり、前記可動反射素子と前記受信素子との間に位置して前記電磁波の進路を変化させる屈折率可変素子と、を有する計測部と、
   　基準時点からの経過時間に基づいて前記可動反射素子の向きを変化させる第１制御部と、
   　前記基準時点からの経過時間に基づいて前記屈折率可変素子の屈折率を変化させる第２制御部と、を有する計測装置。
8. 　前記第２制御部は、前記基準時点からの経過時間、及び前記照射素子から照射された電磁波が前記可動反射素子に到達してからの経過時間に基づいて、前記屈折率可変素子の屈折率を変化させる、請求項７に記載の計測装置。
9. 　電磁波を照射する照射素子と、外部に存在する物体によって反射された前記電磁波を受信する受信素子と、向きが可変であり、外部へ向かう前記電磁波の進路及び外部から入射した前記電磁波の進路を変化させる可動反射素子と、屈折率が可変であり、前記可動反射素子と前記受信素子との間に位置して前記電磁波の進路を変化させる屈折率可変素子と、を有する計測部と、
   　現在位置と前記物体との距離を算出し、前記算出された距離に基づいて、前記屈折率可変素子の屈折率を変化させる制御部と、を有する計測装置。

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